NXP S12Q Reference guide

Type
Reference guide

This manual is also suitable for

HCS12
Microcontrollers
freescale.com
S12CPUV2
Reference Manual
S12CPUV2
Rev. 4.0
03/2006
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 3
Freescaleâ„¢ and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc.
© Freescale Semiconductor, Inc., 2005. All rights reserved.
S12CPUV2
Reference Manual
To provide the most up-to-date information, the revision of our documents on the World Wide Web will be
the most current. Your printed copy may be an earlier revision. To verify you have the latest information
available, refer to:
http://www.freescale.com
The following revision history table summarizes changes contained in this document.
Revision History
Revision
Number
Date Summary of Changes
3.0 April, 2002 Incorporated information covering HCS12 Family of 16-bit MCUs throughout the book.
4.0 March, 2006 Reformatted to Freescale publication standards.
Corrected mistake in ANDCC/TAP descriptions (Instruction Glossary).
Corrected mistake in MEM description (Instruction Glossary).
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
4 Freescale Semiconductor
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 5
Table of Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Section 1. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Section 2. Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Section 3. Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Section 4. Instruction Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Section 5. Instruction Set Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Section 6. Instruction Glossary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
Section 7. Exception Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311
Section 8. Instruction Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .323
Section 9. Fuzzy Logic Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .337
Appendix A. Instruction Reference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .375
Appendix B. M68HC11 to CPU12 Upgrade Path. . . . . . . . . . . . .403
Appendix C. High-Level Language Support. . . . . . . . . . . . . . . .425
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .433
Reference Manual — S12CPUV2
List of Sections
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
6 Freescale Semiconductor
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 7
Section 1. Introduction
1.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
1.2 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
1.3 Symbols and Notation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
1.3.1 Abbreviations for System Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
1.3.2 Memory and Addressing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
1.3.3 Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
1.3.4 Definitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Section 2. Overview
2.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
2.2 Programming Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
2.2.1 Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
2.2.2 Index Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
2.2.3 Stack Pointer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
2.2.4 Program Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
2.2.5 Condition Code Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
2.2.5.1 S Control Bit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
2.2.5.2 X Mask Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
2.2.5.3 H Status Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
2.2.5.4 I Mask Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
2.2.5.5 N Status Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.2.5.6 Z Status Bit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.2.5.7 V Status Bit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.2.5.8 C Status Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.3 Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2.4 Memory Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2.5 Instruction Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Reference Manual — S12CPUV2
Table of Contents
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
8 Freescale Semiconductor
Section 3. Addressing Modes
3.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
3.2 Mode Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
3.3 Effective Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
3.4 Inherent Addressing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
3.5 Immediate Addressing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
3.6 Direct Addressing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
3.7 Extended Addressing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
3.8 Relative Addressing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
3.9 Indexed Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.9.1 5-Bit Constant Offset Indexed Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.9.2 9-Bit Constant Offset Indexed Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.9.3 16-Bit Constant Offset Indexed Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
3.9.4 16-Bit Constant Indirect Indexed Addressing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
3.9.5 Auto Pre/Post Decrement/Increment Indexed Addressing. . . . . . . . . .39
3.9.6 Accumulator Offset Indexed Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
3.9.7 Accumulator D Indirect Indexed Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3.10 Instructions Using Multiple Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3.10.1 Move Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3.10.2 Bit Manipulation Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
3.11 Addressing More than 64 Kbytes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Section 4. Instruction Queue
4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
4.2 Queue Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
4.2.1 Original M68HC12 Queue Implementation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
4.2.2 HCS12 Queue Implementation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
4.3 Data Movement in the Queue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
4.3.1 No Movement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
4.3.2 Latch Data from Bus (Applies Only to the M68HC12 Queue) . . . . . . .49
4.3.3 Advance and Load from Data Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
4.3.4 Advance and Load from Buffer (Applies Only to M68HC12 Queue) . .49
4.4 Changes in Execution Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
4.4.1 Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
4.4.2 Subroutines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
4.4.3 Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 9
4.4.3.1 Short Branches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
4.4.3.2 Long Branches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
4.4.3.3 Bit Condition Branches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
4.4.3.4 Loop Primitives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
4.4.4 Jumps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
Section 5. Instruction Set Overview
5.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
5.2 Instruction Set Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
5.3 Load and Store Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
5.4 Transfer and Exchange Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
5.5 Move Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
5.6 Addition and Subtraction Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
5.7 Binary-Coded Decimal Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
5.8 Decrement and Increment Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
5.9 Compare and Test Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
5.10 Boolean Logic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
5.11 Clear, Complement, and Negate Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
5.12 Multiplication and Division Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
5.13 Bit Test and Manipulation Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
5.14 Shift and Rotate Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
5.15 Fuzzy Logic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
5.15.1 Fuzzy Logic Membership Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
5.15.2 Fuzzy Logic Rule Evaluation Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
5.15.3 Fuzzy Logic Weighted Average Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
5.16 Maximum and Minimum Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
5.17 Multiply and Accumulate Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
5.18 Table Interpolation Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
5.19 Branch Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
5.19.1 Short Branch Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
5.19.2 Long Branch Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
5.19.3 Bit Condition Branch Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
5.20 Loop Primitive Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
5.21 Jump and Subroutine Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
10 Freescale Semiconductor
5.22 Interrupt Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
5.23 Index Manipulation Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
5.24 Stacking Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
5.25 Pointer and Index Calculation Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
5.26 Condition Code Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
5.27 Stop and Wait Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
5.28 Background Mode and Null Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
Section 6. Instruction Glossary
6.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
6.2 Glossary Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
6.3 Condition Code Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
6.4 Object Code Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
6.5 Source Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
6.6 Cycle-by-Cycle Execution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
6.7 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
Section 7. Exception Processing
7.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311
7.2 Types of Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311
7.3 Exception Priority . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .312
7.4 Resets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .313
7.4.1 Power-On Reset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
7.4.2 External Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
7.4.3 COP Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
7.4.4 Clock Monitor Reset. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
7.5 Interrupts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
7.5.1 Non-Maskable Interrupt Request (
XIRQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
7.5.2 Maskable Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
7.5.3 Interrupt Recognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316
7.5.4 External Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317
7.5.5 Return-from-Interrupt Instruction (RTI). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317
7.6 Unimplemented Opcode Trap. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317
7.7 Software Interrupt Instruction (SWI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 11
7.8 Exception Processing Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
7.8.1 Vector Fetch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
7.8.2 Reset Exception Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .320
7.8.3 Interrupt and Unimplemented Opcode Trap Exception Processing . .320
Section 8. Instruction Queue
8.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .323
8.2 External Reconstruction of the Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .323
8.3 Instruction Queue Status Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324
8.3.1 HCS12 Timing Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324
8.3.2 M68HC12 Timing Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .325
8.3.3 Null (Code 0:0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327
8.3.4 LAT — Latch Data from Bus (Code 0:1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327
8.3.5 ALD — Advance and Load from Data Bus (Code 1:0). . . . . . . . . . . .327
8.3.6 ALL — Advance and Load from Latch (Code 1:1) . . . . . . . . . . . . . . .327
8.3.7 INT — Interrupt Sequence Start (Code 0:1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327
8.3.8 SEV — Start Instruction on Even Address (Code 1:0). . . . . . . . . . . .328
8.3.9 SOD — Start Instruction on Odd Address (Code 1:1) . . . . . . . . . . . .328
8.4 Queue Reconstruction (for HCS12) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .328
8.4.1 Queue Reconstruction Registers (for HCS12) . . . . . . . . . . . . . . . . . .329
8.4.1.1 fetch_add Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329
8.4.1.2 st1_add, st1_dat Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329
8.4.1.3 st2_add, st2_dat Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329
8.4.1.4 st3_add, st3_dat Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329
8.4.2 Reconstruction Algorithm (for HCS12). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330
8.5 Queue Reconstruction (for M68HC12) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .331
8.5.1 Queue Reconstruction Registers (for M68HC12). . . . . . . . . . . . . . . .331
8.5.1.1 in_add, in_dat Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
8.5.1.2 fetch_add, fetch_dat Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
8.5.1.3 st1_add, st1_dat Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
8.5.1.4 st2_add, st2_dat Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
8.5.2 Reconstruction Algorithm (for M68HC12). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332
8.5.2.1 LAT Decoding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333
8.5.2.2 ALD Decoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333
8.5.2.3 ALL Decoding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333
8.6 Instruction Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .335
Section 9. Fuzzy Logic Support
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
12 Freescale Semiconductor
9.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .337
9.2 Fuzzy Logic Basics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338
9.2.1 Fuzzification (MEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340
9.2.2 Rule Evaluation (REV and REVW). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .342
9.2.3 Defuzzification (WAV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344
9.3 Example Inference Kernel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .345
9.4 MEM Instruction Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .347
9.4.1 Membership Function Definitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .347
9.4.2 Abnormal Membership Function Definitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .349
9.4.2.1 Abnormal Membership Function Case 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .351
9.4.2.2 Abnormal Membership Function Case 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352
9.4.2.3 Abnormal Membership Function Case 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352
9.5 REV and REVW Instruction Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353
9.5.1 Unweighted Rule Evaluation (REV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353
9.5.1.1 Set Up Prior to Executing REV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353
9.5.1.2 Interrupt Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355
9.5.1.3 Cycle-by-Cycle Details for REV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355
9.5.2 Weighted Rule Evaluation (REVW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359
9.5.2.1 Set Up Prior to Executing REVW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359
9.5.2.2 Interrupt Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361
9.5.2.3 Cycle-by-Cycle Details for REVW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361
9.6 WAV Instruction Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .364
9.6.1 Set Up Prior to Executing WAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .364
9.6.2 WAV Interrupt Details. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365
9.6.3 Cycle-by-Cycle Details for WAV and wavr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365
9.7 Custom Fuzzy Logic Programming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .369
9.7.1 Fuzzification Variations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .369
9.7.2 Rule Evaluation Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372
9.7.3 Defuzzification Variations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .373
Appendix A. Instruction Reference
A.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .375
A.2 Stack and Memory Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .376
A.3 Interrupt Vector Locations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .376
A.4 Notation Used in Instruction Set Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .377
A.5 Hexadecimal to Decimal Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 13
A.6 Decimal to Hexadecimal Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402
Appendix B. M68HC11 to CPU12 Upgrade Path
B.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .403
B.2 CPU12 Design Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .403
B.3 Source Code Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .404
B.4 Programmer’s Model and Stacking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .407
B.5 True 16-Bit Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .407
B.5.1 Bus Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .407
B.5.2 Instruction Queue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .408
B.5.3 Stack Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .409
B.6 Improved Indexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .410
B.6.1 Constant Offset Indexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .412
B.6.2 Auto-Increment Indexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .413
B.6.3 Accumulator Offset Indexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .414
B.6.4 Indirect Indexing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .414
B.7 Improved Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .415
B.7.1 Reduced Cycle Counts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .415
B.7.2 Fast Math . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .415
B.7.3 Code Size Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .416
B.8 Additional Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .417
B.8.1 Memory-to-Memory Moves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .420
B.8.2 Universal Transfer and Exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .420
B.8.3 Loop Construct. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .420
B.8.4 Long Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .421
B.8.5 Minimum and Maximum Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .421
B.8.6 Fuzzy Logic Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422
B.8.7 Table Lookup and Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422
B.8.8 Extended Bit Manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .423
B.8.9 Push and Pull D and CCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .423
B.8.10 Compare SP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .423
B.8.11 Support for Memory Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .424
Appendix C. High-Level Language Support
C.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .425
C.2 Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .425
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
14 Freescale Semiconductor
C.3 Parameters and Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .426
C.3.1 Register Pushes and Pulls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .426
C.3.2 Allocating and Deallocating Stack Space. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .427
C.3.3 Frame Pointer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .427
C.4 Increment and Decrement Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .428
C.5 Higher Math Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .428
C.6 Conditional If Constructs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .429
C.7 Case and Switch Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .429
C.8 Pointers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .429
C.9 Function Calls. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .430
C.10 Instruction Set Orthogonality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .431
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 15
1.1 Introduction
This manual describes the features and operation of the core (central
processing unit, or CPU, and development support functions) used in all
HCS12 microcontrollers. For reference, information is provided for the
M68HC12.
1.2 Features
The CPU12 is a high-speed, 16-bit processing unit that has a programming
model identical to that of the industry standard M68HC11 central processor
unit (CPU). The CPU12 instruction set is a proper superset of the M68HC11
instruction set, and M68HC11 source code is accepted by CPU12
assemblers with no changes.
• Full 16-bit data paths supports efficient arithmetic operation and
high-speed math execution
• Supports instructions with odd byte counts, including many
single-byte instructions. This allows much more efficient use of ROM
space.
• An instruction queue buffers program information so the CPU has
immediate access to at least three bytes of machine code at the start
of every instruction.
• Extensive set of indexed addressing capabilities, including:
– Using the stack pointer as an indexing register in all indexed
operations
– Using the program counter as an indexing register in all but auto
increment/decrement mode
– Accumulator offsets using A, B, or D accumulators
– Automatic index predecrement, preincrement, postdecrement,
and postincrement (by –8 to +8)
Reference Manual — S12CPUV2
Section 1. Introduction
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
16 Freescale Semiconductor
1.3 Symbols and Notation
The symbols and notation shown here are used throughout the manual.
More specialized notation that applies only to the instruction glossary or
instruction set summary are described at the beginning of those sections.
1.3.1 Abbreviations for System Resources
A — Accumulator A
B — Accumulator B
D — Double accumulator D (A : B)
X — Index register X
Y — Index register Y
SP — Stack pointer
PC — Program counter
CCR — Condition code register
S — STOP instruction control bit
X — Non-maskable interrupt control bit
H — Half-carry status bit
I — Maskable interrupt control bit
N — Negative status bit
Z — Zero status bit
V — Two’s complement overflow status bit
C — Carry/Borrow status bit
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 17
1.3.2 Memory and Addressing
M — 8-bit memory location pointed to by the effective
address of the instruction
M : M+1 — 16-bit memory location. Consists of the contents of the
location pointed to by the effective address
concatenated with the contents of the location at the
nexthighermemoryaddress. The most significant byte
is at location M.
M~M+3
M
(Y)
~M
(Y+3)
— 32-bit memory location. Consists of the contents of the
effective address of the instruction concatenated with
thecontentsofthe next three highermemorylocations.
The most significant byte is at location M or M
(Y)
.
M
(X)
— Memory locations pointed to by index register X
M
(SP)
— Memory locations pointed to by the stack pointer
M
(Y+3)
— Memory locations pointed to by index register Y plus 3
PPAGE — Program overlay page (bank) number for extended
memory (>64 Kbytes).
Page — Program overlay page
X
H
— High-order byte
X
L
— Low-order byte
( ) — Content of register or memory location
$ — Hexadecimal value
% — Binary value
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
18 Freescale Semiconductor
1.3.3 Operators
+
—
Addition
–
—
Subtraction
•
—
Logical AND
+
—
Logical OR (inclusive)
⊕
—
Logical exclusive OR
×
—
Multiplication
÷
—
Division
M
—
Negation. One’s complement (invert each bit of M)
:
—
Concatenate
Example: A : B means the 16-bit value formed by concatenat-
ing 8-bit accumulator A with 8-bit accumulator B.
A is in the high-order position.
⇒
—
Transfer
Example: (A) ⇒ M means the content of accumulator A is
transferred to memory location M.
⇔
—
Exchange
Example: D ⇔ X means exchange the contents of D with
those of X.
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
Freescale Semiconductor 19
1.3.4 Definitions
Logic level 1 is the voltage that corresponds to the true (1) state.
Logic level 0 is the voltage that corresponds to the false (0) state.
Set refers specifically to establishing logic level 1 on a bit or bits.
Cleared refers specifically to establishing logic level 0 on a bit or bits.
Asserted means that a signal is in active logic state. An active low signal
changes from logic level 1 to logic level 0 when asserted, and an active
high signal changes from logic level 0 to logic level 1.
Negated means that an asserted signal changes logic state. An active low
signal changes from logic level 0 to logic level 1 when negated, and an
active high signal changes from logic level 1 to logic level 0.
ADDR is the mnemonic for address bus.
DATA is the mnemonic for data bus.
LSB means least significant bit or bits.
MSB means most significant bit or bits.
LSW means least significant word or words.
MSW means most significant word or words.
A specific bit location within a range is referred to by mnemonic and
number. For example, A7 is bit 7 of accumulator A.
A range of bit locations is referred to by mnemonic and the numbers that
definetherange.Forexample,DATA[15:8]formthehighbyteofthedata
bus.
S12CPUV2 Reference Manual, Rev. 4.0
20 Freescale Semiconductor
  • Page 1 1
  • Page 2 2
  • Page 3 3
  • Page 4 4
  • Page 5 5
  • Page 6 6
  • Page 7 7
  • Page 8 8
  • Page 9 9
  • Page 10 10
  • Page 11 11
  • Page 12 12
  • Page 13 13
  • Page 14 14
  • Page 15 15
  • Page 16 16
  • Page 17 17
  • Page 18 18
  • Page 19 19
  • Page 20 20
  • Page 21 21
  • Page 22 22
  • Page 23 23
  • Page 24 24
  • Page 25 25
  • Page 26 26
  • Page 27 27
  • Page 28 28
  • Page 29 29
  • Page 30 30
  • Page 31 31
  • Page 32 32
  • Page 33 33
  • Page 34 34
  • Page 35 35
  • Page 36 36
  • Page 37 37
  • Page 38 38
  • Page 39 39
  • Page 40 40
  • Page 41 41
  • Page 42 42
  • Page 43 43
  • Page 44 44
  • Page 45 45
  • Page 46 46
  • Page 47 47
  • Page 48 48
  • Page 49 49
  • Page 50 50
  • Page 51 51
  • Page 52 52
  • Page 53 53
  • Page 54 54
  • Page 55 55
  • Page 56 56
  • Page 57 57
  • Page 58 58
  • Page 59 59
  • Page 60 60
  • Page 61 61
  • Page 62 62
  • Page 63 63
  • Page 64 64
  • Page 65 65
  • Page 66 66
  • Page 67 67
  • Page 68 68
  • Page 69 69
  • Page 70 70
  • Page 71 71
  • Page 72 72
  • Page 73 73
  • Page 74 74
  • Page 75 75
  • Page 76 76
  • Page 77 77
  • Page 78 78
  • Page 79 79
  • Page 80 80
  • Page 81 81
  • Page 82 82
  • Page 83 83
  • Page 84 84
  • Page 85 85
  • Page 86 86
  • Page 87 87
  • Page 88 88
  • Page 89 89
  • Page 90 90
  • Page 91 91
  • Page 92 92
  • Page 93 93
  • Page 94 94
  • Page 95 95
  • Page 96 96
  • Page 97 97
  • Page 98 98
  • Page 99 99
  • Page 100 100
  • Page 101 101
  • Page 102 102
  • Page 103 103
  • Page 104 104
  • Page 105 105
  • Page 106 106
  • Page 107 107
  • Page 108 108
  • Page 109 109
  • Page 110 110
  • Page 111 111
  • Page 112 112
  • Page 113 113
  • Page 114 114
  • Page 115 115
  • Page 116 116
  • Page 117 117
  • Page 118 118
  • Page 119 119
  • Page 120 120
  • Page 121 121
  • Page 122 122
  • Page 123 123
  • Page 124 124
  • Page 125 125
  • Page 126 126
  • Page 127 127
  • Page 128 128
  • Page 129 129
  • Page 130 130
  • Page 131 131
  • Page 132 132
  • Page 133 133
  • Page 134 134
  • Page 135 135
  • Page 136 136
  • Page 137 137
  • Page 138 138
  • Page 139 139
  • Page 140 140
  • Page 141 141
  • Page 142 142
  • Page 143 143
  • Page 144 144
  • Page 145 145
  • Page 146 146
  • Page 147 147
  • Page 148 148
  • Page 149 149
  • Page 150 150
  • Page 151 151
  • Page 152 152
  • Page 153 153
  • Page 154 154
  • Page 155 155
  • Page 156 156
  • Page 157 157
  • Page 158 158
  • Page 159 159
  • Page 160 160
  • Page 161 161
  • Page 162 162
  • Page 163 163
  • Page 164 164
  • Page 165 165
  • Page 166 166
  • Page 167 167
  • Page 168 168
  • Page 169 169
  • Page 170 170
  • Page 171 171
  • Page 172 172
  • Page 173 173
  • Page 174 174
  • Page 175 175
  • Page 176 176
  • Page 177 177
  • Page 178 178
  • Page 179 179
  • Page 180 180
  • Page 181 181
  • Page 182 182
  • Page 183 183
  • Page 184 184
  • Page 185 185
  • Page 186 186
  • Page 187 187
  • Page 188 188
  • Page 189 189
  • Page 190 190
  • Page 191 191
  • Page 192 192
  • Page 193 193
  • Page 194 194
  • Page 195 195
  • Page 196 196
  • Page 197 197
  • Page 198 198
  • Page 199 199
  • Page 200 200
  • Page 201 201
  • Page 202 202
  • Page 203 203
  • Page 204 204
  • Page 205 205
  • Page 206 206
  • Page 207 207
  • Page 208 208
  • Page 209 209
  • Page 210 210
  • Page 211 211
  • Page 212 212
  • Page 213 213
  • Page 214 214
  • Page 215 215
  • Page 216 216
  • Page 217 217
  • Page 218 218
  • Page 219 219
  • Page 220 220
  • Page 221 221
  • Page 222 222
  • Page 223 223
  • Page 224 224
  • Page 225 225
  • Page 226 226
  • Page 227 227
  • Page 228 228
  • Page 229 229
  • Page 230 230
  • Page 231 231
  • Page 232 232
  • Page 233 233
  • Page 234 234
  • Page 235 235
  • Page 236 236
  • Page 237 237
  • Page 238 238
  • Page 239 239
  • Page 240 240
  • Page 241 241
  • Page 242 242
  • Page 243 243
  • Page 244 244
  • Page 245 245
  • Page 246 246
  • Page 247 247
  • Page 248 248
  • Page 249 249
  • Page 250 250
  • Page 251 251
  • Page 252 252
  • Page 253 253
  • Page 254 254
  • Page 255 255
  • Page 256 256
  • Page 257 257
  • Page 258 258
  • Page 259 259
  • Page 260 260
  • Page 261 261
  • Page 262 262
  • Page 263 263
  • Page 264 264
  • Page 265 265
  • Page 266 266
  • Page 267 267
  • Page 268 268
  • Page 269 269
  • Page 270 270
  • Page 271 271
  • Page 272 272
  • Page 273 273
  • Page 274 274
  • Page 275 275
  • Page 276 276
  • Page 277 277
  • Page 278 278
  • Page 279 279
  • Page 280 280
  • Page 281 281
  • Page 282 282
  • Page 283 283
  • Page 284 284
  • Page 285 285
  • Page 286 286
  • Page 287 287
  • Page 288 288
  • Page 289 289
  • Page 290 290
  • Page 291 291
  • Page 292 292
  • Page 293 293
  • Page 294 294
  • Page 295 295
  • Page 296 296
  • Page 297 297
  • Page 298 298
  • Page 299 299
  • Page 300 300
  • Page 301 301
  • Page 302 302
  • Page 303 303
  • Page 304 304
  • Page 305 305
  • Page 306 306
  • Page 307 307
  • Page 308 308
  • Page 309 309
  • Page 310 310
  • Page 311 311
  • Page 312 312
  • Page 313 313
  • Page 314 314
  • Page 315 315
  • Page 316 316
  • Page 317 317
  • Page 318 318
  • Page 319 319
  • Page 320 320
  • Page 321 321
  • Page 322 322
  • Page 323 323
  • Page 324 324
  • Page 325 325
  • Page 326 326
  • Page 327 327
  • Page 328 328
  • Page 329 329
  • Page 330 330
  • Page 331 331
  • Page 332 332
  • Page 333 333
  • Page 334 334
  • Page 335 335
  • Page 336 336
  • Page 337 337
  • Page 338 338
  • Page 339 339
  • Page 340 340
  • Page 341 341
  • Page 342 342
  • Page 343 343
  • Page 344 344
  • Page 345 345
  • Page 346 346
  • Page 347 347
  • Page 348 348
  • Page 349 349
  • Page 350 350
  • Page 351 351
  • Page 352 352
  • Page 353 353
  • Page 354 354
  • Page 355 355
  • Page 356 356
  • Page 357 357
  • Page 358 358
  • Page 359 359
  • Page 360 360
  • Page 361 361
  • Page 362 362
  • Page 363 363
  • Page 364 364
  • Page 365 365
  • Page 366 366
  • Page 367 367
  • Page 368 368
  • Page 369 369
  • Page 370 370
  • Page 371 371
  • Page 372 372
  • Page 373 373
  • Page 374 374
  • Page 375 375
  • Page 376 376
  • Page 377 377
  • Page 378 378
  • Page 379 379
  • Page 380 380
  • Page 381 381
  • Page 382 382
  • Page 383 383
  • Page 384 384
  • Page 385 385
  • Page 386 386
  • Page 387 387
  • Page 388 388
  • Page 389 389
  • Page 390 390
  • Page 391 391
  • Page 392 392
  • Page 393 393
  • Page 394 394
  • Page 395 395
  • Page 396 396
  • Page 397 397
  • Page 398 398
  • Page 399 399
  • Page 400 400
  • Page 401 401
  • Page 402 402
  • Page 403 403
  • Page 404 404
  • Page 405 405
  • Page 406 406
  • Page 407 407
  • Page 408 408
  • Page 409 409
  • Page 410 410
  • Page 411 411
  • Page 412 412
  • Page 413 413
  • Page 414 414
  • Page 415 415
  • Page 416 416
  • Page 417 417
  • Page 418 418
  • Page 419 419
  • Page 420 420
  • Page 421 421
  • Page 422 422
  • Page 423 423
  • Page 424 424
  • Page 425 425
  • Page 426 426
  • Page 427 427
  • Page 428 428
  • Page 429 429
  • Page 430 430
  • Page 431 431
  • Page 432 432
  • Page 433 433
  • Page 434 434
  • Page 435 435
  • Page 436 436
  • Page 437 437
  • Page 438 438
  • Page 439 439
  • Page 440 440
  • Page 441 441
  • Page 442 442
  • Page 443 443
  • Page 444 444
  • Page 445 445
  • Page 446 446
  • Page 447 447
  • Page 448 448
  • Page 449 449
  • Page 450 450
  • Page 451 451
  • Page 452 452

NXP S12Q Reference guide

Type
Reference guide
This manual is also suitable for

Ask a question and I''ll find the answer in the document

Finding information in a document is now easier with AI